城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統研究1

郭紅梅 陳維鋒 申 源 張 瑩

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城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統研究1

郭紅梅 陳維鋒 申 源 張 瑩

（四川省地震局，成都 610041）

隨著城鎮化水平的快速提高，處于地震災害高風險區域的城鎮數量也不斷增加。在城鎮防震減災工作管理體系中，市縣地震部門的防震減災工作是關鍵。然而，這些基層部門在推進防震減災工作中面臨著公共服務科技含量不高、工作手段缺乏、基礎數據缺乏等難題。本文針對城鎮地震防災與應急處置的關鍵環節和薄弱部位，研究針對性強、操作簡便的城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統，為市縣地震部門平時的震害防御、防震減災科普宣傳、應急準備以及震時應急響應和震后應急處置提供重要依據、工具和手段，全面提高市縣防震減災能力。從而提高為城鎮人民的生命財產安全和經濟建設保駕護航的能力，為城鎮化建設營造安全的抗震環境。

城鎮 地震 防災 應急處置

引言

地震是對人類生存安全危害最大的自然災害之一。我國地處環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，地質構造復雜，地震活動頻繁，地震災害非常嚴重（徐敬海等，2015；楊天青等，2016；魏本勇等，2017）。黨的十八大提出了新型城鎮化戰略，我國城鎮化水平快速提高，地震災害高風險區域城鎮數量不斷增加，加劇了城鎮地震災害的風險。市縣地震部門行使著防震減災行政管理和公共服務的職能（蔡宗文等，2009），既是政府面向社會、聯系群眾的橋梁和窗口，又是把地震科學成果轉變成政府決策意識、協助政府組織協調社會各方面力量，做好防震減災工作的紐帶（李平，2009；吳微微，2011）。在城鎮防震減災工作管理體系中，市縣地震部門處于最基礎和最關鍵的地位。然而，市縣地震部門在推進防震減災工作中面臨著公共服務科技含量不高、工作手段缺乏、基礎數據缺乏等一系列難題。

目前，國內已建成了一部分針對市縣防震減災工作部門業務需求的技術系統，并在不同的地區進行了推廣應用。由福建省地震局建設的市縣防震減災信息化管理系統實現了市縣地震系統的地震監測管理、地震應急管理以及三網一員人員管理等功能，提升了市縣地震工作的管理效率（蔡宗文等，2009）。廣西地震局依托市縣地震應急指揮中心項目，對全區市縣防震減災技術系統建設進行了探索和試驗，實現了省級區域中心和各地級市、市縣應急指揮中心三級互通。四川省地震局結合市縣政府及防震減災工作部門的實際需求，通過推動市縣防震減災綜合能力建設，建成了市縣防震減災綜合信息服務系統，實現了震害評估、應急輔助決策、測震信息共享和辦公自動化等功能（吳微微，2011）。自2010年12月第一批次成功在四川省12個市縣部署應用開始，截至目前，已經在全省80余個市縣完成了應用部署。經過多年的實際應用發現，目前已建的市縣防震減災信息系統普遍存在缺乏災害風險評估、基礎數據更新困難、應急系統所用的模型和方法針對性不強等問題。

本文立足于國家新型城鎮化建設，總結市縣防震減災綜合信息服務系統存在的問題和不足，對防震減災相關領域最新科學研究與科學工程建設成果進行繼承、發展與應用，針對城鎮地震防災與應急處置的關鍵環節和薄弱部位，研究針對性強、操作簡便的城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統。為市縣地震部門平時的震害防御、防震減災科普宣傳、應急準備以及震時應急響應和震后應急處置提供重要依據和工具手段，以達到提升市縣防震減災工作的科技含量，豐富工作手段，提高工作實效，實現以人為本，為公眾服務，為社會服務，達到最大限度減輕地震災害、為城鎮化建設營造安全的抗震環境的目的。

1 研究目標

城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統研究目標是基于較為成熟的科研成果，在結合城鎮地震防災與應急處置特點進行方法與技術研究的基礎上，進行集成創新。以市縣當地地震危險性、地震災害承災體、地震脆弱性等數據為基礎，將抗震設防管理、地震災害風險評估、地震災情評估、地震應急處置、防震抗震知識宣傳、民眾應急疏散演練等功能有機地集成到一起，做到“平震結合”。平時應用于市縣抗震設防管理與服務、地震災害風險評估、防震抗震知識科普宣傳、地震應急演練等防震減災日常工作中，震時應用于地震應急響應和處置工作，為市縣防震減災部門平時震害防御和震時地震應急提供豐富有力的工具包和抓手，全面提高市縣防震減災能力。

系統應用目標和場景設計如圖1所示。

平時，利用承災體數據采集器進行承災體數據的采集，通過數據庫更新工具實現震害防御和地震應急業務系統基礎數據的更新。通過地震災害風險動態評估系統產出市縣地震災害風險動態評估結果以及針對薄弱環節的對策建議（和飛等，2002；唐麗華等，2016），為城鎮震害防御提供方向和對策，為城鎮規劃和農居工程提供抗震設防信息服務，為防震減災一體化綜合查詢系統提供抗震設防數據支持，從而提高市縣防震減災部門震害防御工作能力和服務能力。基于防震減災科普知識庫，實現面向社會公眾的防震減災科普知識查詢；應用地震應急疏散訓練器在中小學開展地震逃生疏散演練，為學校及其他人員密集場所的緊急疏散訓練提供技術手段與方法，提高學校及其他人員密集場所應急疏散能力；應用地震應急疏散訓練移動APP，開展面向社會公眾的防震減災科普知識和自救互救技能宣傳教育，從而豐富市縣防震減災部門科普宣傳手段，提高防震減災科普宣傳能力。

發生破壞性地震后，城鎮地震應急技術系統將自動觸發，進入應急狀態，進行地震災害損失快速評估，給出基于理論模型的地震災害損失評估結果。同時，基于布設的MEMS強震儀，將快速獲取到的地震動參數及應用短距離應急通信的地震災情采集設備采集到的實際災情信息用于準實時災情綜合評估，提高地震災害損失評估的準確性。城鎮地震應急處置輔助決策系統將產出基于災情信息的應急處置要點建議，為市縣政府應急處置提供指導，并指導城鎮地震災害被困人員偵察系統作業，探查和估算重點區域被困人員的分布，為被困人員的搜救提供基礎數據信息。基于上述災情信息和評估結果，系統將生成一系列地震應急專題圖，產出針對性的應急處置方案，形成一系列災情簡報和輔助決策文檔，為城鎮地震應急工作提供全面的信息支持和輔助決策建議。根據地震應急工作關鍵時間節點、應急業務工作流程和應急預案，針對政府、社會公眾等不同的地震應急信息受眾，在不同的時間節點主動推送不同層次的地震應急信息服務內容。另外，通過城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統平時在應急準備和防震減災科譜宣傳方面技術手段的應用，在外界救援力量未進入救災現場的情況下，城鎮受災地區群眾能夠熟練進行自救互救，有效減輕人員傷亡。

圖1 系統應用目標和場景設計

2 系統總體架構

城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統總體架構如圖2所示。系統主要由基礎設施層、數據資源層、應用支撐層、業務應用層、應用終端、信息安全保障、運行維護和標準規范體系組成。

（1）基礎設施層

基礎設施層包括服務器、數據中心、網絡、安全、存儲設備以及MEMS強震儀、基于短距離應急通信的地震災情采集設備和地震災害被困人員偵查設備等硬件設施。

（2）數據資源層

數據資源層涵蓋了城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統運行所需的數據資源，主要包括地震危險性模型庫、地震風險評估基礎數據庫、防震減災知識庫、應急基礎數據庫和抗震設防基礎數據庫。

（3）應用支撐層

應用支撐層為城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統提供通信網、短信收發平臺、ESB系統總線、語音群呼平臺、報表工具、中間件、操作系統和GIS系統平臺等支撐系統運行的軟硬件設備。

圖2 系統總體架構

（4）業務應用層

業務應用層集成了城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統的業務管理、數據管理和內部管控子系統。其中，業務管理系統包括城鎮抗震設防服務系統、城鎮地震應急技術系統、防震減災一體化綜合查詢系統及地震災害風險動態評估系統；數據管理系統實現地震基礎數據管理，并提供元數據管理等數據管理工具；內部管控主要進行系統用戶管理、安全管理、系統運行監控和自動安裝升級等管理。

（5）應用終端

城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統建成后，政府、社會公眾等可通過PC、移動設備等應用終端獲取所需服務。

（6）信息安全保障、運行維護和標準規范體系

通過信息安全保障體系、標準規范體系和運行維護體系保障城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統的有效運行。

3 系統功能設計

城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統可以分為城鎮地震災害風險動態評估子系統、城鎮地震應急技術子系統、城鎮抗震設防服務子系統、城鎮一體化綜合查詢子系統和數據管理子系統，軟件功能組成如圖3所示。

（1）城鎮地震災害風險動態評估子系統

城鎮地震災害風險動態評估子系統采用模塊化的研發方式，根據功能可以劃分為地震危險性分析、設定地震、結構脆弱性模型、建筑震害分析、人員傷亡、經濟損失、區域防震減災能力評價等一系列通用的功能模塊，以功能模塊為單位進行系統設計和開發，形成多個具有特定功能、互相獨立的工具包；多模塊可靈活組合調用、滿足不同規模用戶需求。

圖3 系統軟件功能組成|

（2）城鎮地震應急技術子系統

城鎮地震應急技術子系統包括準實時地震災情動態綜合評估模塊、地震災害損失評估模塊、災情快速獲取與評估模塊、城鎮地震應急處置輔助決策模塊、地震應急專題圖模塊和地震應急信息發布模塊。準實時地震災情動態綜合評估模塊基于MEMS強震儀獲得的地震動分布圖，結合災區結構脆弱性曲線，再疊加基于短距離無線通信技術的地震災情采集器采集的災情數據，應用統計分析、模糊數學、運籌學、拓撲分析以及理論和經驗模型近似估計等算法，利用離散災情點實現對災情預測圖的動態修正，得到災情準實時綜合評估結果。地震災害損失評估模塊包括快速評估、動態評估、評估查詢和災情文檔生成，實現通過手動輸入三要素和監聽EQIM平臺的地震事件三要素自動觸發地震災害損失評估，包括災區范圍分布、人員傷亡和經濟損失評估等，并能夠根據獲取的最新災情信息進行動態評估，修正評估結果。城鎮地震應急處置輔助決策模塊能自動構建多因素控制的城鎮地震災害應急處置流程，通過自動化流程執行，在地震發生后的不同時間節點上引導城鎮地震應急處置工作。地震應急專題圖制圖模塊實現地震應急專題圖的快速制圖和出圖，為地震應急各階段的工作提供各類專題圖。地震應急信息發布模塊根據地震應急工作關鍵時間節點、應急業務工作流程和應急預案，針對不同的地震應急信息受眾在不同的時間節點主動推送不同層次的地震應急信息服務內容，從而提高地震應急信息發布和服務的時效性和針對性。

（3）城鎮抗震設防服務子系統

城鎮抗震設防服務子系統包括抗震設防監管、農居工程服務、城鎮規劃和抗震設防宣傳等模塊。抗震設防監管實現城鎮一般工程和重大工程抗震設防監管的信息化和規范化。農居工程服務模塊提供農居地震安全技術信息服務，為目標區農村民居地震安全工程提出對策與措施建議。城鎮規劃模塊為目標區城鎮規劃提供防震減災規劃和對策。抗震設防宣傳模塊面向基層、企業、學校、社區等受眾開展抗震設防知識宣傳，提供建筑物抗震設防知識、抗震設防法律法規、抗震設防宣傳片等。

（4）防震減災一體化綜合查詢子系統

防震減災一體化綜合查詢子系統包括抗震設防信息查詢、地震應急信息查詢和防震減災科普知識查詢模塊。抗震設防信息查詢提供目標區內各類工程、公用建筑和房屋抗震設防信息以及目標區內地震危險性分析結果查詢。地震應急信息查詢平時提供目標區域內歷史地震、疏散場地、學校疏散避險能力、建筑結構脆弱性曲線等應急準備信息的查詢，震時提供震情、災情、地震應急救援動態信息的查詢。防震減災科普知識查詢提供地震基本知識、政府的綜合防御措施、應急預案、各種防震避震和自救互救常識、災害保險知識等，增強群眾的防震減災意識。

（5）數據管理子系統

數據管理子系統包括數據更新、數據校驗、數據編輯、知識管理等模塊。數據更新和編輯包擴空間數據和屬性數據的更新與編輯，數據校驗完成數據入庫和更新時的數據檢查。知識管理提供各類防震減災科普知識的管理。

4 系統實現

本系統將平時震害防御和震時地震應急有機集成到一起，實現了平震結合，體現了一體化的特點。同時，系統還具備模塊化的優勢。各子系統或模塊既可集成一體，也可拆分成獨立的服務模塊或工具包，服務模塊或工具包可“插拔”，可自由組合，形成多模塊可任意組合調用、滿足不同用戶需求的城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統，根據實際需求進行靈活配置，開展防震減災科普宣傳、應急方案生成、應急疏散演練等工作。由于服務模塊和工具包眾多，系統采了B/S和C/S混合的架構，系統開發工具為VS2012，數據庫采用SQL Server2012，GIS平臺軟件為ArcGis10.4。通過系統集成與管理平臺實現各子系統的集成。各子系統間通過消息推送來相互連接。以國家可持續發展試驗區四川省眉山市丹棱縣為例，下文將對系統成果進行介紹。

4.1 地震災害風險動態評估

地震災害風險動態評估的主要實現功能包括地震危險性分析、承災體數據動態更新、基于房屋建筑脆弱性的縣域抗震能力評估和地震災害風險評估。地震危險性分析給出縣域地震活動性分析、設定地震地震動分布等地震危險性分析結果，如圖4所示，對縣域可能遭受到的地震影響程度作出科學評價。基于房屋建筑脆弱性的縣域抗震能力評估，直觀給出縣域防震減災能力空間分布，如圖5所示。承災體數據動態更新利用承災體基礎數據采集APP為承災體基礎數據采集提供工具，實現承災體基礎數據動態更新。地震災害風險評估基于危險性分析結果和承災體基礎數據，可以給出以鄉鎮、村、單棟建筑為單位的地震災害風險評估結果，為地震災害風險隱患點排查和治理提供依據。

圖4 丹棱縣地震危險性分析

圖5 丹棱縣房屋抗震能力評估

圖6 丹棱縣地震災害綜合風險評估

圖7 承災體數據更新

4.2 地震應急技術子系統

地震應急技術子系統實現的主要功能包括地震快速觸發、災情快速獲取、災情快速評估、應急輔助決策、應急專題圖快速制圖和應急信息發布。應急狀態下，系統自動觸發，在2分鐘內完成第一次災害損失快速評估，包括建筑物破壞、人員傷亡數量及分布、經濟損失等，為應急響應和應急處置提供數據支持。基于MEMS強震儀獲取的儀器烈度，在震后10分鐘內快速得到地震動影響場，對災情評估進行初次修正。隨后隨著災情信息獲取量的增加，動態修正災情評估結果。并在應急處置的各階段，根據災情評估結果給出針對性的應急處置建議。部分界面和產品如圖8、9所示。

4.3 抗震設防服務子系統

城鎮抗震設防服務子系統實現的主要功能包括抗震設防監管、農居工程服務、城鎮規劃和抗震設防宣傳。實現了抗震設防監管的信息化和規范化；可以提供地震動參數區劃工作圖，為各地區、各類農村民居和公用設施建設提供科學準確的抗震設防要求標準，提供村鎮地震活動斷層避讓分布簡表，作為農居及基礎設施建設的選址依據；依據城鎮地震災害承災體脆弱性分析、地震危險性分析、地震環境特征分析結果，為目標區城鎮規劃提供防震減災規劃和對策；提供建筑物抗震設防知識、抗震設防法律法規、抗震設防宣傳片等面向基層、企業、學校、社區等受眾開展抗震設防知識宣傳。子系統部分界面如圖10所示。

圖8 地震觸發

圖9 快速評估

4.4 防震減災一體化綜合查詢子系統

防震減災一體化綜合查詢子系統實現的主要功能包括地震應急信息查詢、防震減災科普知識查詢和抗震設防信息查詢。系統通過基于地圖的交互式可視化查詢等手段，平時為社會公眾提供抗震設防信息、地震應急準備信息和防震減災科普宣傳知識等的查詢；地震發生后，為社會公眾提供震情、災情信息以及應急救援動態等信息的查詢。系統部分界面如圖11所示。

圖10 抗震設防服務系統部分界面

圖11 一體化綜合查詢系統部分界面

4.5 數據管理子系統

數據管理子系統提供空間數據和屬性數據的更新與編輯，數據校驗完成數據入庫和更新時的數據檢查、各類防震減災科普知識的管理等功能，實現了一體化服務系統各類數據的管理和協同更新功能。系統部分界面如圖12所示。

圖12 數據管理子系統部分界面

5 結束語

本文從降低新型城鎮化進程中城鎮地震災害風險入手，基于較為成熟的科研成果，在結合城鎮地震防災與應急處置特點進行方法與技術研究的基礎上，根據市縣地震工作部門平時防御和震時應急的需要，進行了城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統研究，包括系統目標、總體架構、功能設計和系統實現。城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統具備“一體化”和“模塊化”的特點，能靈活適應不同市縣的實際需求，可切實提高市縣地震工作部門防震減災工作的科技含量，豐富工作手段，并提供高時效性的基礎數據，從而全面提高市縣防震減災能力，為城鎮化建設營造安全的地震環境。目前，系統已經在丹棱縣進行應用示范，經過5個月的測試及使用，該系統已具備了穩定的性能。在后續工作中，該系統將在地震重點監視防御區更多市縣進行推廣應用。

蔡宗文，付劍國，危福泉等，2009．市縣防震減災信息化管理系統的設計與實現．震災防御技術，4（4）：448—454．

和飛，繆升，2002．地震災害風險分析及管理初探．地震研究，25（4）：374—378．

李平，2009．市縣地震部門防震減災工作的重心．城市與減災，（3）：54—57．

唐麗華，李山有，宋立軍，2016．地震災害風險評估方法的對比分析——以烏魯木齊市為例．地震工程學報，38（5）：838—845．

魏本勇，聶高眾，蘇桂武等，2017．地震災害埋壓人員評估的研究進展．災害學，32（1）：155—159．

吳微微，2011．市縣防震減災信息服務系統．世界地震工程，27（1）：136—141．

徐敬海，聶高眾，2015．地震應急決策知識地理本體建模．地震地質，37（2）：588—597．

楊天青，楊波，席楠等，2016．地震應急救援差異性查詢平臺設計與實現．震災防御技術，11（1）：125—131．

The Integrated Service System of Earthquake Disaster Prevention and Emergency Disposal for County and Township

Guo Hongmei, Chen Weifeng, Shen Yuan and Zhang Ying

（Earthquake Administration of Sichuan Province, Chengdu 610041, China）

With the rapid development of urbanization leve, the number of county and township located in high risk area of earthquake disaster is increasing. In the county and township earthquake disaster prevention and emergency management system, the county earthquake administration is in the most basic and critical position. However, the county earthquake administration has to face to many problems in the work of promoting earthquake disaster reduction, such as suffering low technology quality in public servant, lack of means of work, lack of basic data and other problems. Aiming at the key links and weak parts in county and township earthquake prevention and disaster reduction, we presented a targeted, easily operated integrated service system of county and township earthquake disaster prevention and emergency disposal. The system provides important basis and means for the county earthquake administration in the work of earthquake disaster prevention, scientific education of earthquake prevention and disaster reduction, emergency preparedness, emergency response during and after earthquake. The system also help us to improve the ability of earthquake prevention and disaster reduction, to enhance the capacity of protecting people’s life and property, to escort the economic development, and to create a safe earthquake environment for the urbanization.

County seat and township; Earthquake; Disaster prevention; Emergency disposal

10.11899/zzfy20170420

“十二五”國家科技支撐計劃項目課題（2015BAK18B04）

2017-04-12

郭紅梅，女，生于1984年。高級工程師。主要從事地震災害評估與地震應急等方面的研究。E-mail：115453242@qq.com

郭紅梅，陳維鋒，申源，張瑩，2017．城鎮地震防災與應急處置一體化服務系統研究．震災防御技術，12（4）：924—935．